铁路隧道爆破施工对既有天然气管道隧道的影响分析

隗建波

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430000）

铁路隧道爆破施工对既有天然气管道隧道的影响分析

隗建波

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430000）

新建隧道爆破施工不可避免地对既有隧道产生影响，文章根据某新建铁路隧道下穿既有天然气管道隧道的工程实例，建立隧道真实相对位置三维数值模型，考虑新建铁路隧道施工过程，分析了铁路隧道位移、轴力、弯矩和安全系数特征；考虑新建铁路隧道爆破荷载作用，分析了天然气管道隧道的振动特征。

铁路隧道；天然气管道；爆破施工；防护措施；隧道工程

随着我国经济实力的不断增长，基础设施建设力度日渐加强，越来越多的隧道工程投入建设和运营，因此靠近既有建筑物、小净距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程越来越多。新建隧道的施工不可避免地对既有建筑物产生影响。

新建隧道施工过程会引起邻近围岩或土体的应力重分布，进而引起地层变形，对既有隧道结构的产生附加内力，同时爆破施工可能引起隧道结构出现裂缝、渗漏水等问题，进而影响隧道结构的安全和铁路运营安全。掌握新建隧道施工对既有隧道变形和受力的影响规律，提出针对性的结构处理与安全防护措施建议，才能保证既有构筑物的安全。

本文以乐清港铁路红岩隧道下穿甬台温天然气管道隧道工程为依托，采用三维有限元数值分析方法，分析了隧道爆破施工对既有天然气管道隧道位移、轴力、弯矩和安全系数的影响规律和振动特征，评估了既有天然气管道隧道的安全性。提出了针对性的结构处理与安全防护措施建议。

1 工程概况

乐清港铁路红岩隧道在DK16＋526里程（距铁路隧道进口566m）下穿甬台温天然气管道隧道，交叉角约39°，交叉点铁路隧道轨面设计高程为22.569m，天然气管道隧道坑底实测标高为39.1m，两隧道垂直净距约8.5m。

图1 平面位置关系

图2 立面示意图

2 计算模型及爆破施工模拟

2.1 模型建立

应用大型有限差分岩土软件MIDAS/GTS用进行数值分析。模型见图3和图4所示：

图3 模型整体网格图 图4 隧道空间位置关系

2.2 施工过程模拟

选取2个典型施工步进行分析。

图5 铁路隧道典型施工步与既有天然气管道隧道位置示意图

2.3 计算参数

表1 铁路隧道材料参数

3 隧道施工过程静力影响分析

3.1 既有天然气管道隧道围岩位移特征

图6 新建铁路隧道施工过程中既有天然气管道隧道周围围岩水平位移云图（单位：mm）

图7 既有天然气管道隧道围岩竖向位移云图（单位：mm）

新建铁路隧道施工过程中，天然气管道隧道周围围岩会发生方向相反的水平方向的位移，其最大水平位移差为0.135mm。发生竖向位移，其最大下沉位移值为0.410mm。计算结果表明，新建铁路隧道施工对上部的天然气管道隧道引起的附加位移均较小，不影响天然气管道隧道的安全运营。

3.2 铁路隧道二次衬砌位移及内力特征

图8 铁路隧道二衬位移云图（单位：mm）

天然气爆炸产生700kPa压力作用下，铁路隧道二衬引起的附加位移均较小，水平位移在－0.012～＋0.012mm之间，轴向位移在－0.002～＋0.002mm之间，竖向位移最大值为－0.021mm。从天然气爆炸对铁路隧道二衬位移的角度来看，天然气爆炸对铁路隧道几乎无影响。

图9 铁路隧道二衬内力云图（单位：kN·m）

按《铁路隧道设计规范》（TB 10003-2016）采用破损阶段法进行检算。其最小安全系数为7.12，超过规范规定2.4的最低要求，铁路隧道二次衬砌结构安全。

4 新建隧道爆破动力影响分析

爆破荷载分析表明，当单响最大起爆药量取0.33kg，爆破点位置距离天然气管道隧道底部8.5m时，既有天然气管道隧道最大振动速度约为2.7cm/s，小于振速3.0cm/s，天然气管道在邻近爆破施工条件下处于安全状态。

在相同的单响最大起爆药量下，新建铁路隧道爆破开挖距离天然气管道隧道越远，爆破开挖对天然气管道隧道的影响就越小。

[1]仇文革．地下工程近接施工力学原理与对策研究[D]．西南交通大学，2003．

[2]铁路隧道设计规范（TB10003-2016）[S]．

[3]爆破安全规程（GB6722-2014）[S]．

（责任编辑：王 波）

U455

1009-2374（2017）12-0187-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.096

隗建波（1983-），男，中铁第四勘察设计院集团有限公司工程师，硕士，研究方向：隧道及地下工程的设计。

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